專利名稱：旋轉(zhuǎn)角度傳感器中測量道偏心的光學補償裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器用的編碼盤、光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器以及光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的角度測量誤差的光學校正或補償方法，特別涉及特別地由于編碼盤的位移或偏心引起的角度測量誤差的光學校正或補償方法。
背景技術(shù)：
光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器也被稱為旋轉(zhuǎn)編碼器，其基本原理是基于固定有代碼盤或編碼盤的可旋轉(zhuǎn)地安裝的軸。由靜止光源照明的一個或多個測量道被應用到該編碼盤。通過編碼盤相對于光源的相對運動，測量道的特定區(qū)域作為軸的角度位置的函數(shù)被照明。由此引起的光場通過例如光電二極管等檢測器單元讀取。該信號可以直接或間接對應于 (assigned)盤的角度位置或旋轉(zhuǎn)運動，因此而對應于軸的角度位置或旋轉(zhuǎn)運動。光學旋轉(zhuǎn)編碼器在透射模式(例如根據(jù)莫爾(Moir6)擋光板原理等)下、反射模式下工作并且基于衍射偏轉(zhuǎn)(衍射)工作。不管哪種方案，在所有這些編碼原理中，旋轉(zhuǎn)編碼器的精度即實際的軸角度和通過光學手段測得的角度之間的偏差直接依賴于盤運動和軸運動的可對應性(assignability)。測量道或盤軸線相對于軸心線的偏心，即所謂的測量道的章動(nutation)導致不可忽視的角度測量誤差。這表現(xiàn)為旋轉(zhuǎn)運動的整個范圍的余弦偏離。為了達到高的精度，使測量道或編碼盤盡可能精確地相對于軸居中即相對于軸盡可能精確地調(diào)整測量道或編碼盤是重要的。在安裝過程中這需要高的費用，因此成本高。除了高費用之外，還不能通過機械手段完全地避免小的偏心誤差。因此，尋求補償該不可避免地發(fā)生的測量道的章動的策略。以前解決問題的方法主要追求在計算中消除角度誤差的策略。因此，例如可以通過使用兩個或更多個相對于彼此以已知的角度布置的光學讀取單元來確定編碼盤的章動。然后可以通過使用電子設備來校正角度信號?？蛇x擇地，也可以使用分開的測量道，該測量道的信號構(gòu)成對盤的搖擺的直接測量。前述補償方法的缺點在于需要多個讀取單元或另外的測量道。此外，通過該方法， 補償通常僅發(fā)生在讀取角度之后，因此與另外的電子設備的使用相關(guān)聯(lián)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有效的校正或補償光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的角度測量誤差的方法和相應的裝置，特別是校正或補償由于旋轉(zhuǎn)編碼器相對于軸心線的位移或偏心導致的角度測量誤差的方法。本發(fā)明的另外的目的是使得編碼盤相對于軸心線的調(diào)整簡化或更有效，也使得確定正確的角度或正確的角位置簡化或更有效。這些目的通過下述光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器用的編碼盤、下述光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器以及下述光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的角度測量誤差(特別是由于編碼盤的位移或偏心導致的角度測量誤差)的校正或補償方法而實現(xiàn)。具體地，一種編碼盤，其用于光學旋轉(zhuǎn)編碼器，所述編碼盤包括至少一個測量道和至少一個補償?shù)溃渲?，所述測量道被設計為使得當所述測量道的掃描區(qū)域被照明時生成或產(chǎn)生至少一個光學測量光束，其中所述測量光束的至少一個光學參數(shù)被調(diào)制為待測量角度的函數(shù)，并且所述測量道布置于所述編碼盤的第一半徑區(qū)域；所述補償?shù)涝谒鼍幋a盤的第二半徑區(qū)域相對于所述測量道居中，其中所述測量道的中心與所述補償?shù)赖闹行闹睾稀Ｒ环N光學旋轉(zhuǎn)編碼器，其包括上述編碼盤；光學掃描裝置或光電掃描裝置，所述掃描裝置被設計為照明所述編碼盤的測量道的掃描區(qū)域，所述掃描裝置包括照明裝置，其被設計為使得所述編碼盤的補償?shù)赖膮^(qū)域能夠由光照明，其中所述測量道的掃描區(qū)域由光束的至少一部分照明，所述光束借助于對所述補償?shù)赖恼彰鞫a(chǎn)生并可選地借助于偏轉(zhuǎn)裝置而偏轉(zhuǎn)。一種光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的角度測量誤差的補償方法，其包括如下步驟設置上述編碼盤；通過以預定的照明角度入射到所述補償?shù)赖墓鈱λ鲅a償?shù)赖膮^(qū)域照明，由此產(chǎn)生至少一個光束；偏轉(zhuǎn)由對所述補償?shù)赖恼彰鞫a(chǎn)生的光束的至少一部分，使得所述測量道的掃描區(qū)域由偏轉(zhuǎn)的光束的至少一部分照明。提出的方案基于對編碼盤的章動的光學補償。特別地，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提出了一種光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器用的改進的編碼盤。編碼盤包括至少一個測量道和至少一個補償?shù)?，其中測量道布置于編碼盤的第一半徑區(qū)域；補償?shù)老鄬τ跍y量道居中或同心地布置于編碼盤的第二半徑區(qū)域(優(yōu)選地不同于第一半徑區(qū)域)，使得測量道的中心或旋轉(zhuǎn)中心與補償?shù)赖闹行幕蛐D(zhuǎn)中心重合。測量道被設計為使得，當測量道的掃描區(qū)域被照明時，生成或產(chǎn)生至少一個光學測量光束，其中測量光束的至少一個光學參數(shù)被調(diào)制為待測角度的函數(shù)。編碼盤的半徑區(qū)域特別地是編碼盤的中心(大致)與補償?shù)篮蜏y量道的共同中心重合的環(huán)形區(qū)域，并且所述半徑區(qū)域大致地在編碼盤的整個圓周上(但是不在編碼盤的整個表面上)延伸。特別地，不同的半徑區(qū)域是彼此不重疊的區(qū)域。相應地，補償?shù)篮蜏y量道優(yōu)選地被布置為使得它們彼此不重疊或不彼此嵌套在同一個半徑區(qū)域內(nèi)。然而，也可以將補償?shù)篮蜏y量道布置為嵌套在同一個半徑區(qū)域內(nèi)。在具有帶有一個或多個測量道的編碼盤的光學旋轉(zhuǎn)編碼器中，旋轉(zhuǎn)的、例如衍射的測量道由光點(照明點)來照明，特別地由聚焦的光點來照明。然而，由于編碼盤的章動，測量道的被照明的點或測量道的掃描區(qū)域相對于照明或相對于照明光束沿切向和徑向移動，這導致上述角度測量誤差。測量道可以被設計為使得編碼盤的徑向位移不導致信號改變。另一方面，在切向上的相對于照明的相對運動必須由旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器的功能原理校正。在該情況下，徑向涉及在待照明的點的中心(或掃描區(qū)域的中心)和軸的中心點之間的軸線(axis)。切向涉及與徑向垂直并且與軸向垂直的方向，其中軸向與軸心線 (shaft axis)重合。編碼盤通常被布置為使得軸向垂直于編碼盤的平面。根據(jù)本發(fā)明，提出了對上述角度測量誤差的光學補償或校正，優(yōu)選地其不具有另外的讀取單元和/或電子設備。這特別地通過使用改進的編碼盤而成為可能，除至少一個測量道外，該改進的編碼盤還具有至少一個另外的道(例如，另外的衍射道)，即所謂的補償?shù)?。在該情況下，編碼盤可以是具有優(yōu)選地恒定的厚度的圓盤，其中測量道和補償?shù)揽梢詰玫骄幋a盤的一個表面。編碼盤章動的光學校正、特別地編碼盤相對于軸的相關(guān)切向位移或偏心以及編碼盤相對于作為聚焦的光點(照明點)的照明的相應切向位移隨著衍射的測量道或編碼盤的切向運動而被“運送”。這通過相對于測量道居中或同心地定位的補償?shù)蓝鴮崿F(xiàn)，優(yōu)選地該補償?shù)牢挥谛D(zhuǎn)編碼盤的另一個半徑區(qū)域或另一個半徑并且具有例如鏡結(jié)構(gòu)或衍射結(jié)構(gòu)等適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)。相對于彼此居中或同心地布置的補償?shù)篮蜏y量道被設計和布置為使得它們具有共同的旋轉(zhuǎn)軸線。因此，補償?shù)赖闹行幕蛐D(zhuǎn)中心與測量道的中心或旋轉(zhuǎn)中心重合。特別地，補償?shù)辣辉O計為通過對補償?shù)赖囊粋€區(qū)域的照明，生成或產(chǎn)生例如借助于適當?shù)墓鈱W或光電偏轉(zhuǎn)裝置能夠被引導到測量道的至少一個光束。換言之，補償?shù)捞貏e地被設計為使得以預定的或可預定的(可調(diào)整的)照明角度(例如編碼盤的平面的法線方向)落到補償?shù)赖膮^(qū)域的照明光(讀取光)，由補償?shù)酪允沟闷D(zhuǎn)的照明光的至少一部分可以直接或間接地(即借助于適當?shù)墓鈱W或光電偏轉(zhuǎn)裝置)被引導或被聚焦到測量道的預定的或可預定的掃描區(qū)域的方式來偏轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，偏轉(zhuǎn)裝置包括相對于光源靜止的至少一個光學元件(例如鏡、反光鏡、棱鏡特別是五棱鏡等)。優(yōu)選地，偏轉(zhuǎn)裝置相對于光源靜止。 光源也可以是靜止的。由于前述的到補償?shù)赖恼彰鞴馐墓鈱W偏轉(zhuǎn)，由照明光產(chǎn)生的照明點(用于對測量道的掃描區(qū)域照明)并不保持靜止而是隨編碼盤的位移而被“運送”，因此隨補償?shù)篮蜏y量道的位移而被“運送”。因此，補償?shù)烙糜趯⑷肷湓谘a償?shù)赖膮^(qū)域的照明光偏轉(zhuǎn)為布置于光學旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼盤相對于軸或軸心線的偏心量的函數(shù)。編碼盤的偏移或偏心引起照明光束偏轉(zhuǎn)角度的改變。因此，當補償?shù)赖膮^(qū)域(或點)由靜止的光源和/或以預定的或可預定的照明角度(例如沿軸向)被照明時，入射照明光由補償?shù)榔D(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)的照明光的至少一部分例如借助于適當?shù)墓鈱W或光電偏轉(zhuǎn)裝置可以被引導或聚焦到實際的測量道。偏轉(zhuǎn)可以被構(gòu)造為使得從補償?shù)赖綔y量道的光路長度與從補償?shù)赖窖a償?shù)赖男D(zhuǎn)軸線的光路長度對應。這樣的結(jié)果是，對測量道的照明總是發(fā)生在測量道的旋轉(zhuǎn)軸線的切向水平面。如果編碼盤由于機械章動而相對于光源在切向上移動，則測量道的照明或照明點作為切向位移的函數(shù)移動。在該情況下，通過適當選擇補償?shù)赖慕Y(jié)構(gòu)和參數(shù)并且可選地通過適當?shù)钠D(zhuǎn)裝置，不管編碼盤的章動，測量道總是在大致相同的切向位置被照明。因此， 潛在的角度誤差或角度測量誤差可以通過光學手段被補償，使得可以讀取正確的角度。補償?shù)揽梢允遣煌脑O計。補償?shù)揽梢岳缇哂戌R結(jié)構(gòu)(例如以適當?shù)慕嵌刃D(zhuǎn)的鏡表面)或棱鏡結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，補償?shù)谰哂醒苌浣Y(jié)構(gòu)。衍射的補償?shù)揽梢员辉O計為使得借助于適當?shù)墓鈱W偏轉(zhuǎn)裝置，被衍射到補償?shù)赖牡贜衍射級的例如第一衍射級的光束可以被引導或聚焦到測量道的預定的掃描區(qū)域。因此，衍射的補償?shù)烙糜趯⒌贜(優(yōu)選地第一)衍射級偏轉(zhuǎn)為布置于光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的編碼盤相對于光學旋轉(zhuǎn)編碼器的軸或軸心線的偏心量的函數(shù)。衍射的補償?shù)揽梢园ㄖ辽僖粋€衍射光柵，該衍射光柵大致在編碼盤的整個圓周上沿徑向延伸。衍射光柵可以是反射型衍射光柵或透射型衍射光柵。衍射光柵也可以是全息衍射光柵。關(guān)于諸如光柵常數(shù)和/或光柵條的角度配置等衍射光柵的參數(shù)，原則上沒有限制。衍射光柵的光柵常數(shù)和/或光柵條的角度配置可以被適當?shù)剡x擇為使用區(qū)域的函數(shù)，例如作為照明光的波長和/或旋轉(zhuǎn)編碼器的光學配置的各個組件的幾何、配置和/或尺寸和/或編碼盤的材料的折射率的函數(shù)，使得衍射光束的至少一部分被直接地或借助于適當?shù)墓鈱W偏轉(zhuǎn)裝置間接地引導至測量道的預定的或可預定的掃描區(qū)域。在一個示例中，補償?shù)揽梢员辉O計成軸錐體結(jié)構(gòu)，即在預定的方向上(例如沿軸向)入射到編碼盤的照明光(讀取光)的至少一部分由補償?shù)缽较虻爻蛲ㄟ^補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的軸線的方向偏轉(zhuǎn)。在衍射的補償?shù)乐校缛肷涞骄幋a盤的照明光以如下方式被分成衍射級使得第N(例如第一)衍射級的光束總是朝向補償?shù)赖闹行囊虼艘渤驕y量道的中心的方向偏轉(zhuǎn)。在與編碼盤的平面或表面平行(或與編碼盤平行)的平面中，第N衍射級的偏轉(zhuǎn)的光束的投影或第N衍射級的偏轉(zhuǎn)的光束的投影的虛擬延長部特別地延伸通過補償?shù)篮蜏y量道的共同旋轉(zhuǎn)中心或中心。由補償?shù)榔D(zhuǎn)的照明光(讀取光)的方向具有與通過補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的軸線相交的點，其中補償?shù)篮驮撓嘟稽c之間的距離與補償?shù)篮蜏y量道之間的光路長度對應。然而，補償?shù)揽梢员辉O計為使得照明補償?shù)赖恼彰鞴獾闹辽僖徊糠衷谂c補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的方向不同的方向上被偏轉(zhuǎn)。在衍射的補償?shù)乐校贜(例如第一)衍射級的光束可以在與補償?shù)篮蜏y量道的共同中心不同的方向上偏轉(zhuǎn)。例如這可通過具有不同的光柵條的角度取向和/或光柵常數(shù)的一個或多個衍射光柵來實現(xiàn)。光束偏轉(zhuǎn)的方向，例如第N衍射級的光束偏轉(zhuǎn)的方向，可以是任意的。通過適當?shù)墓鈱W或光電偏轉(zhuǎn)裝置，第N(例如第一)衍射級的光束可以在朝補償?shù)赖男D(zhuǎn)中心的方向上偏轉(zhuǎn)，所述偏轉(zhuǎn)裝置包括例如至少一個鏡和/或至少一個反射鏡、和/或至少一個棱鏡(例如五棱鏡)、和/或其他光學元件。換言之，補償?shù)揽梢员辉O計為使得入射到補償?shù)赖恼彰鞴?讀取光)的至少一部分可以被直接地或間接地(例如借助于適當?shù)墓鈱W或光電偏轉(zhuǎn)裝置)在朝補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的方向上偏轉(zhuǎn)。因此，在另一示例中，補償?shù)揽梢员辉O計為使得以預定的或可預定的照明角度入射到補償?shù)赖膮^(qū)域上的光(優(yōu)選地為相干光)以使得第N衍射級的光束相對于被照明的區(qū)域內(nèi)的補償?shù)狼邢虻仄D(zhuǎn)的方式被分成衍射級，其中N為整數(shù)。在該情況下，補償?shù)揽梢跃哂欣鐜в袕较蛉∠?即，朝補償?shù)赖男D(zhuǎn)中心的方向)的光柵條的光柵結(jié)構(gòu)或衍射光柵。與編碼盤的切向位移或偏心無關(guān)地，第N(例如第一)衍射級的偏轉(zhuǎn)作為波長和/ 或補償?shù)赖难苌浣Y(jié)構(gòu)的光柵常數(shù)的函數(shù)或以恒定的角度而發(fā)生。如果補償?shù)赖膮^(qū)域(或點)由靜止的光源和/或以預定的或固定的或可調(diào)整的角度(例如沿軸向)照明，則入射光如上所述地偏轉(zhuǎn)或衍射。如果由補償?shù)榔D(zhuǎn)的補償?shù)勒彰鞴獾囊徊糠?例如第N衍射級的光束)借助于適當?shù)墓鈱W或光電偏轉(zhuǎn)裝置被適當?shù)仄D(zhuǎn)， 該偏轉(zhuǎn)裝置包括例如相對于光源靜止的光學元件(鏡、棱鏡和/或其他光學和/或光電元件)，則這些元件可以根據(jù)補償?shù)郎系钠D(zhuǎn)或衍射被引導或聚焦到實際的測量道。通過適當?shù)卦O計或配置組件(補償?shù)篮?或偏轉(zhuǎn)裝置)，偏轉(zhuǎn)可以被構(gòu)造為使得只要編碼盤的旋轉(zhuǎn)角度恒定，則不管偏移，測量道總是在測量道中的相同的角度位置由讀取光來照明。特別地，偏轉(zhuǎn)可以被構(gòu)造為使得從補償?shù)赖綔y量道的光路長度與從補償?shù)赖窖a償?shù)赖男D(zhuǎn)軸線的光路長度精確地對應。這樣的結(jié)果是，對測量道的照明總是發(fā)生在測量道的旋轉(zhuǎn)軸線的切向水平面。
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如果編碼盤由于機械章動在相對于光源的切向上移動并且因此兩個道的旋轉(zhuǎn)軸線在相對于光源的切向上移動，則如上所述照明也在與位移平行的測量道或照明點上移動。在該情況下，與編碼盤的章動無關(guān)地，測量道總是在大致相同的切向位置被照明。因此， 潛在的角度誤差或角度測量誤差可以通過光學手段被補償，使得可以讀取正確的角度。優(yōu)選地，衍射的補償?shù)揽梢栽谏a(chǎn)過程中或與實際的衍射測量道同時被應用到編碼盤。結(jié)果，兩個道可以相對于彼此非常精確地居中或取向。這特別使得能夠免調(diào)整地安裝編碼盤。根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器的結(jié)構(gòu)(例如入射光、透射光等)，測量道和補償?shù)赖呐渲靡约肮馐鴮б?或偏轉(zhuǎn)可以可變地適應。如上所述，補償?shù)揽梢员辉O計為使得沿(相對于編碼盤的平面的)法線入射到補償?shù)赖膮^(qū)域的光被分成衍射級。在該情況下，預定的照明角度為大致90°。照明角度被定義為在照明光或照明光束的光軸和編碼盤的平面之間的角度。照明角度可以是可調(diào)整的。同樣地，補償?shù)揽梢员辉O計為使得第一衍射級(N-I)的光束直接或借助于偏轉(zhuǎn)裝置間接地被引導或聚焦到測量道。補償?shù)赖陌霃胶?或?qū)挾瓤梢宰鳛槭褂玫母鱾€場的函數(shù)而變化。因此，補償?shù)赖陌霃降扔诨蛐∮诖蠹s500mm，特別地在大約3mm至大約15mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為大約5mm至大約10mm，特別優(yōu)選地為大約8mm。補償?shù)赖膶挾瓤梢岳缭诖蠹s0. 5mm至大約5mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在大約Imm至大約3mm的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地為大約2mm。編碼盤的測量道可以被適當?shù)?例如，以本來已知的方式)構(gòu)造或編碼，使得當測量道被照明時，特別地當測量道的掃描區(qū)域被照明時，生成或產(chǎn)生至少一個光學測量光束， 其中測量光束的至少一個光學參數(shù)(例如強度、相位等)被直接或間接地調(diào)制為待測量的角度的函數(shù)。(被照明的)掃描區(qū)域可以是例如大致圓形的區(qū)域，其中掃描區(qū)域的直徑可以大致地等于或小于測量道的寬度。掃描區(qū)域可以例如具有大約25 μ m至大約10 μ m的直徑。測量道可以是衍射的測量道或可以具有衍射結(jié)構(gòu)。特別地，測量道可以包括至少一個衍射光柵。借助于衍射的測量道分開或衍射、并且因此形成單束或多束測量光束的第 N(例如第一)衍射級的至少一部分光束可以借助于一個或多個光檢測器檢測到并且可以直接地或間接地對應于特定角度位置。衍射光柵可以是反射型光柵或透射型光柵。優(yōu)選地， 測量道包括產(chǎn)生兩種不同的(例如移相的)信號的至少兩種不同的衍射光柵。優(yōu)選地，測量道被設計為使得編碼盤(相對于照明或相對于軸心線)的徑向位移不導致信號的任何改變。因此，例如形成測量道的各個衍射光柵與曲率半徑相對應地彎曲， 這導致光相對于角度位置的恒定偏轉(zhuǎn)。衍射的衍射光柵的全部的次序可以以極坐極表示并相應地生產(chǎn)。測量道的半徑和/或?qū)挾瓤梢宰鳛槭褂玫母鱾€場的函數(shù)而變化。因此，測量道的半徑可以例如等于或小于大約500mm，特別地在大約IOmm至大約20mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地為大約IOmm至大約15mm，特別優(yōu)選地為大約13mm。測量道的寬度可以例如在大約0. 3mm至 3mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在大約0. 5mm至2mm的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選地為大約1mm。測量道和補償?shù)朗黔h(huán)形結(jié)構(gòu)。環(huán)形的測量道和補償?shù)谰貏e地由兩個同心圓劃界。外圓的半徑預先確定各個道的半徑。各個道的寬度與外圓的半徑和內(nèi)圓的半徑之間的差對應，其中所述外圓和所述內(nèi)圓對各個道劃界。補償?shù)篮蜏y量道的共同中心與圓或環(huán)的中心或中心點重合。補償?shù)赖陌霃娇梢孕∮跍y量道的半徑。同樣地，補償?shù)赖陌霃胶蜏y量道的半徑可以相等。編碼盤可以是反射型或透射型編碼盤。編碼盤可以由透射光或由入射光讀取。本發(fā)明另外的方面涉及光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器，其包括根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的(改進的)編碼盤；以使得對編碼盤的測量道的掃描區(qū)域照明的方式設計的光學的或光電的掃描裝置。掃描裝置包括以使得通過光(讀取光)對編碼盤的補償?shù)赖膮^(qū)域照明的方式設計的照明裝置。 光可以是相干光或非相干光，該光以預定的或固定的或限定的或可預定的(可調(diào)整的)照明角度入射到補償?shù)阑蜓a償?shù)赖膮^(qū)域。在該情況下，測量道的掃描區(qū)域能由借助于對補償?shù)赖恼彰魃苫虍a(chǎn)生并且優(yōu)選地借助于偏轉(zhuǎn)裝置被偏轉(zhuǎn)到測量道的光束的至少一部分照明。掃描裝置也可以包括偏轉(zhuǎn)裝置，該偏轉(zhuǎn)裝置被設計和布置為使得偏轉(zhuǎn)裝置將通過對補償裝置的照明生成或產(chǎn)生的至少一個光束偏轉(zhuǎn)到測量道的掃描區(qū)域。如上所述，補償?shù)揽梢跃哂醒苌浣Y(jié)構(gòu)。由對補償?shù)赖恼彰魃苫虍a(chǎn)生的至少一個光束可以由通過補償?shù)郎系难苌浞殖傻牡贜衍射級的光束(Si)的至少一部分成形或形成。 換言之，由對補償?shù)赖恼彰魃苫虍a(chǎn)生的至少一個光束可以包括由補償?shù)郎系难苌浞殖傻牡贜衍射級(其中N是整數(shù))的光束的至少一部分。如上所述，因為照明的聚焦光點(照明點)隨衍射的測量道或編碼盤的切向移動而被“運送”，所以根據(jù)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)編碼器能夠通過光學手段校正角度測量誤差、特別是能夠通過光學手段校正對由編碼盤的章動和關(guān)聯(lián)的編碼盤相對于軸的切向偏心引起的角度測量誤差。這特別地由被布置或應用成使得相對于測量道同心地居中、優(yōu)選地位于(旋轉(zhuǎn)的)編碼盤的另一半徑區(qū)域或半徑的(例如衍射的)補償?shù)蓝鴮崿F(xiàn)。由補償?shù)榔D(zhuǎn)的光束(例如衍射的補償?shù)赖牡贜(例如第一)衍射級的光束)直接地或間接地即通過適當?shù)钠D(zhuǎn)裝置被引導或聚焦到測量道。因此，可以確保直接或由偏轉(zhuǎn)裝置間接地引導到測量道的光束總是在大致切向的位置對測量道照明。因此，潛在角度誤差或角度測量誤差可以通過光學手段補償或校正。在一個示例中，不管編碼盤的切向的偏心，由補償?shù)榔D(zhuǎn)的光束(或由對補償?shù)赖恼彰鳟a(chǎn)生的光束)朝測量道和補償?shù)赖墓餐行牡姆较蛑苯踊蜷g接地偏轉(zhuǎn)。 掃描裝置和特別地補償?shù)篮?或偏轉(zhuǎn)裝置以如下方式被設計和布置使得由補償?shù)榔D(zhuǎn)的照明光(讀取光)的方向與通過補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的軸線相交，并且補償?shù)篮徒稽c之間的距離與補償?shù)篮蜏y量道之間的光路長度對應。根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器的構(gòu)造(例如入射光、透射光等)，測量道和補償?shù)赖呐渲靡约肮馐鴮Ч璉可以可變地適應偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)裝置可以包括一個或多個光學組件或光電組件。因此，偏轉(zhuǎn)裝置可以包括至少一個鏡、和/或至少一個棱鏡、特別是反射鏡(retroprism)、和/或至少一個透鏡、和/或光學組件和/或光電組件。
光學掃描裝置或光電掃描裝置還可以包括光源(例如激光和/或發(fā)光二極管和/ 或其他光源)和可選地另外的光學元件(例如準直儀和/或具有一個或多個透鏡的聚焦裝置等)。光源可以是靜止的光源，特別是相對于它的空間位置(并且特別是相對于它的關(guān)于軸心線的空間位置)靜止的光源。優(yōu)選地，偏轉(zhuǎn)裝置相對于光源(至少部分地)靜止。優(yōu)選地，掃描裝置也以如下方式設計使得從補償?shù)赖綔y量道的光路長度與從補償?shù)赖窖a償?shù)赖男D(zhuǎn)軸線的光路長度對應。補償?shù)赖男D(zhuǎn)軸線延伸通過補償?shù)赖男D(zhuǎn)中心 (因此也通過測量道的旋轉(zhuǎn)中心)。因此，對測量道的照明可以發(fā)生在測量道的旋轉(zhuǎn)軸線的切向水平面。此外，光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器可以包括檢測裝置，其中檢測裝置被設計為檢測由對測量道的照明生成或產(chǎn)生的光學測量光束的至少一部分。檢測裝置可以包括一個或多個光檢測器或光檢測器陣列(例如光電二極管、光電晶體管、CCD照相機等)。檢測裝置也可以包括另外的光學元件和/或光電元件(例如一個或多個鏡、透鏡、棱鏡、濾波器等)。此外，光學旋轉(zhuǎn)編碼器可以包括信號估值裝置，其中信號估值裝置被設計為可以借助于由檢測裝置產(chǎn)生的一個或多個信號確定待測量的絕對角度或相對角度。換言之，信號估值裝置可以被設計為使得由檢測裝置產(chǎn)生的一個或多個信號可以確定待測量的絕對角度或相對角度。換言之，信號估值裝置被設計為使得由檢測裝置產(chǎn)生的一個或多個信號可以直接地或間接地對應于編碼盤的特定角度位置或旋轉(zhuǎn)運動并且由此對應于軸的特定角度位置和旋轉(zhuǎn)運動。光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器可以在透射光(例如根據(jù)莫爾擋光板原理等) 模式、在反射模式下工作和/或基于衍射的偏轉(zhuǎn)(衍射)來工作。特別地，光學旋轉(zhuǎn)編碼器可以是入射光旋轉(zhuǎn)編碼器或透射光旋轉(zhuǎn)編碼器。上述角度誤差補償原理可以應用到純粹的增量式旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器， 也可應用到絕對編碼的旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器。因此，光學旋轉(zhuǎn)編碼器可以是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器或絕對編碼的(絕對式)旋轉(zhuǎn)編碼器。本發(fā)明的另外的方面涉及光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的角度測量誤差、特別是由于光學旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼盤的位移或偏心導致的角度測量誤差的(光學)校正或補償方法。該方法包括如下步驟-設置根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的(改進的)編碼盤；-以預定的照明角度通過光或光點對補償?shù)赖膮^(qū)域照明；由此生成或產(chǎn)生至少一個光束；以及-偏轉(zhuǎn)通過對補償?shù)赖恼彰魃苫虍a(chǎn)生的光束的至少一部分，使得測量道的掃描區(qū)域由偏轉(zhuǎn)的光束的至少一部分照明。該方法還可以包括檢測由對測量道的掃描區(qū)域的照明生成或產(chǎn)生的至少一個測量光束的至少一部分。因此，生成或產(chǎn)生至少一個對應的檢測信號。此外，該方法可以包括計算至少一個檢測信號和/或確定絕對角度或相對角度，其中確定的角度可以直接地或間接地對應于編碼盤的特定角度位置或旋轉(zhuǎn)位置，并且由此對應于軸的特定角度位置或旋轉(zhuǎn)位置。本發(fā)明的另外的方面涉及光學旋轉(zhuǎn)編碼器中所使用的用于光學補償由于實物量
10具(material measure)的旋轉(zhuǎn)軸線和中心之間的偏移引起的角度測量誤差的配置，其中補償?shù)老鄬τ跍y量道同心地布置于編碼盤；并且所述配置被設計使得首先，讀取光落到補償?shù)溃谎a償?shù)朗棺x取光徑向地朝通過補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的軸線方向偏轉(zhuǎn)；偏轉(zhuǎn)的讀取光由相對于光源靜止的至少一個光學裝置或光電裝置(偏轉(zhuǎn)裝置)偏轉(zhuǎn)；由此偏轉(zhuǎn)的讀取光射到測量道；組件的配置被選擇為使得只要編碼盤的旋轉(zhuǎn)角度恒定，不管偏移，測量道總是在測量道的相同的角度位置由讀取光照明。由補償?shù)榔D(zhuǎn)的讀取光的方向具有與通過補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的軸線相交的交點，其中補償?shù)篮驮摻稽c之間的距離與補償?shù)篮蜏y量道之間的光路長度對應。讀取光可以是相干光或非相干光。補償?shù)赖陌霃娇梢孕∮?、大于或等于測量道的半徑。此外，本發(fā)明的方面涉及根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的編碼盤在光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的使用，其中編碼盤以如下方式使用使得入射到補償?shù)赖膮^(qū)域的照明光由補償?shù)榔D(zhuǎn)，并且由此偏轉(zhuǎn)的照明光的至少一部分對測量道的掃描區(qū)域照明，優(yōu)選地在借助于偏轉(zhuǎn)裝置偏轉(zhuǎn)后對測量道的掃描區(qū)域照明。當測量道的掃描區(qū)域被照明時，產(chǎn)生至少一個光學測量光束，其中測量光束的至少一個光學參數(shù)被調(diào)制為待測量的角度的函數(shù)。借助于根據(jù)本發(fā)明的編碼盤和/或根據(jù)本發(fā)明的光學旋轉(zhuǎn)編碼器和/或光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的角度測量誤差的補償方法，通過純粹的光學原理可以基本上消除在編碼盤發(fā)生章動的情況下光學旋轉(zhuǎn)編碼盤中產(chǎn)生的角度測量誤差的問題。因此，對編碼盤相對于軸心線的章動或偏心的補償在確定角度信號之前已經(jīng)發(fā)生?；旧喜恍枰硗獾墓鈱W讀取單元或電子組件，這導致旋轉(zhuǎn)編碼盤的設計和/或用于確定正確的角度的方法的簡化。此外，可以相當大地減少或避免編碼盤相對于軸的(部分手動的)精確調(diào)整的相當高的費用。這使得絕對式或增量式編碼的光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器、特別是基于衍射的實物量具的旋轉(zhuǎn)編碼器、特別是免調(diào)整地安裝的旋轉(zhuǎn)編碼器成為可能。上述的角度誤差補償原理可以應用到基于衍射的偏轉(zhuǎn)的光學旋轉(zhuǎn)編碼器，也可以應用到基于其他光學原理的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(諸如例如莫爾擋光板等)。在該情況下，補償?shù)篮蜏y量道產(chǎn)生或應用于一種工作中，以確保兩個道的居中的或同心的配置。


通過參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的詳細說明，本發(fā)明的其他目的、特征和優(yōu)勢是清楚的。在附圖中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的示例的角度測量誤差的補償圖，其中圖Ia示出未補償?shù)男D(zhuǎn)編碼器；圖Ib示出補償?shù)男D(zhuǎn)編碼器；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例的補償?shù)男D(zhuǎn)編碼器的示意圖；圖3示出圖2中示出的旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼盤的測量道和補償?shù)赖慕Y(jié)構(gòu)和配置的示意性圖示，其中圖3a示出俯視的編碼盤的局部剖視圖3b示出測量道的放大局部剖視圖；圖3c示出補償?shù)赖姆糯缶植科室晥D。
具體實施例方式在圖1中示意性地示出優(yōu)選的旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器的角度測量和校正原理，其中圖Ia示出傳統(tǒng)的未補償?shù)男D(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器的角度測量原理，圖Ib 示出根據(jù)本發(fā)明的示例的被補償?shù)男D(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器的角度測量和光學角度校正原理。未補償?shù)男D(zhuǎn)編碼器的編碼盤10具有圓形或環(huán)形的測量道12，該測量道12具有半徑Rm。測量道的中心與圓形或環(huán)形的測量道的中心點重合。編碼盤10繞軸心線可旋轉(zhuǎn)地被安裝。軸心線是圖面的法線或編碼盤的平面的法線或(盤狀的)編碼盤的表面的法線，并且軸心線延伸通過軸的中心點W。當編碼盤沒有相對于軸心線切向偏心時，測量道的中心M與軸的中心點W重合。如果發(fā)生由編碼盤的章動引起的編碼盤相對于軸或軸心線的切向偏心，偏心的測量道12，的中心M’位于在切向“X”上距軸的中心點W的距離為“e”的位置。由(靜止的)光源發(fā)出的照明光(讀取光)以預定的或可預定的角度(例如，沿垂直方向或法線方向或軸向)射到測量道12。因此，測量道的掃描區(qū)域由照明點B照明。當測量道12切向地偏心時，偏心的測量道12在與未偏心的測量道不同的切向 (掃描)區(qū)域被照明。因此，替代正確的或?qū)嶋H的角度φ，角度φ’被確定。結(jié)果產(chǎn)生角度測量誤差(φ-φ')。根據(jù)本發(fā)明的示例的被補償?shù)男D(zhuǎn)編碼器具有(盤狀的)編碼盤20，除環(huán)形或圓形的測量道22外，該編碼盤20還具有圓形或環(huán)形的衍射補償?shù)?4。補償?shù)涝诰幋a盤20的另一或不同的半徑區(qū)域內(nèi)相對于測量道22居中或同心地布置。在圖Ib示出的編碼盤20 中，補償?shù)?4的半徑小于測量道22的半徑。測量道的旋轉(zhuǎn)中心或中心與補償?shù)赖男D(zhuǎn)中心或中心重合，并且與圓形或環(huán)形的測量道和補償?shù)赖闹行狞c重合。換言之，測量道和補償?shù)谰哂泄餐男D(zhuǎn)中心或中心或中心點Μ。編碼盤繞軸心線可旋轉(zhuǎn)地安裝。如果編碼盤相對于軸心線不偏心，結(jié)合圖1說明， 測量道和補償?shù)拦餐闹行腗與軸的中心點W重合。當編碼盤由于編碼盤的章動而相對于軸或軸心線偏心時，偏心的測量道和補償?shù)拦餐闹行摩挥谠谇邢颉癤”上距軸的中心點 W的距離為“e”的位置。此外，對于編碼盤20的切向的偏心“e”，在圖Ib中示意性地示出照明的光束路徑。 偏心的補償?shù)?4’的(特定)區(qū)域由照明點Bk通過入射的照明光或照明光束照明。補償?shù)赖恼彰鼽c或照明區(qū)域的直徑可以大致等于或小于補償?shù)赖膶挾?。?yōu)選地，補償?shù)赖恼彰鲄^(qū)域的直徑大約為25 μ m至2mm，優(yōu)選地大約為0. Imm至1mm，特別優(yōu)選地大約為0. 5mm。特別地，補償?shù)?4可以例如由聚焦的衍射受限光點等光點來照明。以預定的角度(例如，沿軸向)入射到偏心的補償?shù)?4’的照明光或入射照明光束由偏心的補償?shù)?4’分成衍射級。通過適當選擇波長和/或衍射補償?shù)赖墓鈻懦?shù)，第一衍射級Sl的光束朝著補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的方向(特別地，與補償?shù)篮蜏y量道的切向偏心無關(guān)地)偏轉(zhuǎn)。借助于包括鏡30和可選的另外的光學元件的光學偏轉(zhuǎn)裝置，第一衍射級Sl的光束被偏轉(zhuǎn)和引導至(可選地偏心的)測量道。測量道的掃描區(qū)域由第一衍射級的偏轉(zhuǎn)光束S2(或至少由第一衍射級的一部分偏轉(zhuǎn)光束)來照明。由于第一衍射級的偏轉(zhuǎn)光束S2，產(chǎn)生了照明點BM，通過該照明點BM，偏心的測量道22’或偏心的測量道22’的掃描區(qū)域被照明。由于與編碼盤20的位移平行的在切向上的相對于光源的機械章動，測量道上的照明或照明點Bm通過編碼盤20的(因此也是兩個道共同的軸線的)位移而移動。然而， 不管編碼盤20的章動，測量道22總是在大致相同的切向位置被照明。潛在的角度測量誤差可以因此而以光學手段被補償，使得正確的角度可以被讀取?？梢砸匀缦路绞綐?gòu)造偏轉(zhuǎn)使得從補償?shù)?4或24’至測量道22或22’的光路長度與從補償?shù)赖窖a償?shù)赖男D(zhuǎn)軸線的光路長度對應。這樣的結(jié)果是測量道22的照明總是發(fā)生在測量道22的旋轉(zhuǎn)軸線的切向水平面。由測量道22衍射的光束由具有一個或多個光檢測器的檢測裝置(圖1中未示出) 感測或檢測。圖2示出根據(jù)本發(fā)明的示例的旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器100的示意圖。旋轉(zhuǎn)編碼器100包括具有恒定厚度的盤狀的圓形的編碼盤20。編碼盤20安裝于軸40。編碼盤 20可以可旋轉(zhuǎn)地安裝于殼體(在附圖中未示出)中。編碼盤20可以是例如玻璃盤或塑料盤等透明的盤。編碼盤在軸向“ζ”上的厚度 D可以是例如大約0. 5mm至大約3mm。圓形的或環(huán)形的衍射補償?shù)?4和圓形的或環(huán)形的衍射測量道22被應用或設置于編碼盤20的一個表面26上。補償?shù)?4和測量道22分別被布置在編碼盤20的不同的半徑區(qū)域。在圖2示出的示例中，補償?shù)?4的半徑小于測量道22的半徑。補償?shù)?4可以形成為反射型折射光柵(反射光柵)。測量道22可以形成為反射型光柵結(jié)構(gòu)。然而，同樣可以將補償?shù)?4和測量道22形成為透射光柵或透射型光柵結(jié)構(gòu)。 下面結(jié)合圖3a到圖3c更加詳細地說明根據(jù)一個實施方式的測量道22和補償?shù)?4的結(jié)構(gòu)。旋轉(zhuǎn)編碼器100還具有帶有光源50的照明裝置。一個或多個激光二極管或發(fā)光二極管、或另一個相干光或非相干光的光源可以用作光源50。從光源發(fā)射的照明光可以借助于準直儀(圖2中未示出)被準直，和/或借助于一個或多個透鏡和可選地另外的光學元件(圖2中未示出)聚焦或集中于補償?shù)?4。編碼盤20的補償?shù)?4通過沿法線方向或沿軸向“ζ”的照明光束SO被照明。入射到補償?shù)?4的照明光(讀取光)SO由衍射補償?shù)?4衍射。通過適當選擇照明光的波長和/或衍射補償?shù)?4的光柵常數(shù)，第一衍射級Sl的光束朝補償?shù)?4和測量道22的共同中心的方向偏轉(zhuǎn)。借助于包括第一鏡32和第二鏡34以及可選地另外的光學元件的光學偏轉(zhuǎn)裝置，補償?shù)赖牡谝谎苌浼塖l的光束被偏轉(zhuǎn)和聚焦到測量道?？梢砸匀缦路绞綐?gòu)造偏轉(zhuǎn) 使得從補償?shù)?4到測量道22的光路長度與從補償?shù)?4到補償?shù)?4的旋轉(zhuǎn)軸線的光路長度對應。這樣的結(jié)果是測量道22的照明S2總是發(fā)生在測量道22的旋轉(zhuǎn)軸線的切向水平面。由測量道衍射的光束S3 (S卩，測量光束)由具有一個或多個光檢測器的檢測裝置60感測或檢測。圖3示出測量道和補償?shù)赖慕Y(jié)構(gòu)和配置的示意性圖示和根據(jù)實施方式的編碼盤的圖示，其中圖3a示出俯視的編碼盤的局部剖視圖；圖3b示出測量道的放大局部剖視圖；圖3c示出補償?shù)赖姆糯缶植科室晥D。如結(jié)合圖1和圖2已說明的，編碼盤具有布置于編碼盤的不同半徑區(qū)域的圓形的或環(huán)形的補償?shù)?4和圓形的或環(huán)形的測量道22。在一個示例中，補償?shù)赖陌霃酱蠹s等于 8mm，測量道的半徑大約等于13mm。補償?shù)赖膶挾瓤梢允谴蠹s2mm，測量道的寬度可以是大約 Imm0測量道22可以以適當?shù)姆绞?例如本來已知的方式)被(微小地)構(gòu)造，使得由測量道22反射的單束或多束光束的(或經(jīng)過測量道和/或由測量道衍射的單束或多束光束的)一個或多個光學參數(shù)(例如，強度、相位等)被調(diào)制為測量角度的函數(shù)。角度信息可以從借助于信號估值裝置檢測到的信號而獲得。測量道22可以包括一個或多個衍射光柵(例如，反射光柵或透射光柵)。圖3c 中示出的測量道被設計成包括四種不同衍射的嵌套(nested)衍射光柵(在具體的示例中為反射光柵)221、222、223、224的環(huán)形式樣或環(huán)形光柵結(jié)構(gòu)。各衍射光柵均被非結(jié)構(gòu)化區(qū)域225分隔。如果包括具有光柵結(jié)構(gòu)和不具有光柵結(jié)構(gòu)的交替區(qū)域的結(jié)構(gòu)移動通過照明點 (例如，通過激光二極管或發(fā)光二極管或另一相干照明光的光源的聚焦的衍射受限點)，在各情況下調(diào)制信號在各個衍射光柵的第一衍射級的位置處產(chǎn)生。通過適當選擇不同的衍射光柵，四種衍射光柵的第一衍射級在空間上被彼此分開。特別地，這可以通過各個衍射光柵的不同的角度配置而實現(xiàn)。例如每旋轉(zhuǎn)一次，另外的光檢測器的零位調(diào)整用的基準信號可以經(jīng)由第五個衍射光柵226產(chǎn)生。測量道的各個衍射光柵的第一衍射級的光束可以例如由光檢測器來檢測。因此， 例如在各種情況下一個光檢測器均可以被分配給各衍射光柵的第一衍射級。可選地，通過在測量道上衍射而產(chǎn)生的測量光束可以由(一維的或二維的)光檢測器陣列來感測或檢測。第一衍射光柵221可以例如被設計成產(chǎn)生負的正弦信號。通過使用第二嵌套光柵結(jié)構(gòu)或第二衍射光柵222，對于方向檢測，余弦信號在第一衍射級的位置處產(chǎn)生并且可以借助于第二光檢測器檢測。為了增大工作時輸出信號的穩(wěn)定性，可以設置全部四種衍射光柵。第三衍射光柵可以例如以使得在第三光檢測器中產(chǎn)生負的正弦信號的方式被設計，并且第四衍射光柵 224可以例如被設計成產(chǎn)生負的余弦信號。因此，可以在全部四個光檢測器(例如四個光電二極管)中實現(xiàn)四相位的計算。測量道的各衍射光柵的光柵常數(shù)可以是例如1.6 μ m，各衍射光柵之間的距離可以是例如大約10 μ m。用作盤的注塑壓縮成型結(jié)構(gòu)的材料可以是例如PC。如圖3c所示，衍射補償?shù)揽梢员辉O計成反射光柵。光柵常數(shù)可以被適當?shù)毓潭橛糜谡彰鞯墓獾暮瘮?shù)，使得第N(例如第一)衍射級的光束朝補償?shù)篮蜏y量道的共同中心的方向偏轉(zhuǎn)。然而，補償?shù)酪部梢员辉O計成透射光柵。補償?shù)赖墓鈻懦?shù)可以是例如大約1 μ m。用作盤的注塑壓縮成型結(jié)構(gòu)的材料可以是例如PC。上面已說明了用于具有衍射補償?shù)赖墓鈱W旋轉(zhuǎn)編碼器的編碼盤的示例。然而，補償?shù)揽梢跃哂胁煌慕Y(jié)構(gòu)，例如鏡結(jié)構(gòu)(例如以適當?shù)慕嵌刃D(zhuǎn)的鏡表面)或棱鏡結(jié)構(gòu)。上述的旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器可以在機動車輛中的旋轉(zhuǎn)機器組件、電動馬達中大量應用，例如可以用于檢測轉(zhuǎn)向角。附圖標記說明10 未補償?shù)男D(zhuǎn)編碼器的編碼盤12 測量道12’偏心的測量道20 改進的編碼盤22 測量道22’偏心的測量道22-A測量道的局部剖面221，222，223，224 衍射光柵225 非結(jié)構(gòu)化區(qū)域226 零位調(diào)整用衍射光柵24 補償?shù)?4’偏心的補償?shù)?4-A補償?shù)赖木植科拭?6 編碼盤的表面30，32，34 鏡40 軸50 光源60檢測裝置(光檢測器)100旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器B未補償?shù)男D(zhuǎn)編碼器的測量道的照明或照明點Bm補償?shù)男D(zhuǎn)編碼器的測量道的照明或照明點SO測量道上的照明點Sl第一衍射級S2第一衍射級的偏轉(zhuǎn)光束S3測量光束Rm測量光束的半徑Rk補償?shù)赖陌霃組測量道和補償?shù)赖闹行狞cM’測量道和補償?shù)赖钠牡闹行狞cW 軸的中心點e測量道的偏心量φ實際角度((^測量角度
1權(quán)利要求
1.一種編碼盤(20)，其用于光學旋轉(zhuǎn)編碼器，所述編碼盤包括至少一個測量道(22)和至少一個補償?shù)?24)，其中，所述測量道(22)被設計為使得當所述測量道(22)的掃描區(qū)域被照明時生成或產(chǎn)生至少一個光學測量光束(S3)，其中所述測量光束(S3)的至少一個光學參數(shù)被調(diào)制為待測量角度的函數(shù)，并且所述測量道(22)布置于所述編碼盤(20)的第一半徑區(qū)域；所述補償?shù)涝谒鼍幋a盤(20)的第二半徑區(qū)域相對于所述測量道(22)居中，其中所述測量道的中心與所述補償?shù)?24)的中心重合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的編碼盤(20)，其特征在于，所述補償?shù)?24)被設計為使得入射到所述補償?shù)赖膮^(qū)域的光(SO)的至少一部分由所述補償?shù)?24)徑向地朝向通過所述補償?shù)?24)和所述測量道(22)的共同中心的軸線的方向偏轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的編碼盤(20)，其特征在于，所述補償?shù)?24)具有衍射結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的編碼盤(20)，其特征在于，所述補償?shù)辣辉O計為使得以預定的或可調(diào)整的照明角度入射到所述補償?shù)?24)的區(qū)域的光(SO)以使得第N衍射級的光束(Si)在朝所述補償?shù)?24)和所述測量道(22)的共同中心的方向上偏轉(zhuǎn)的方式分成衍射級，其中N是整數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的編碼盤(20)，其特征在于，所述補償?shù)辣辉O計為使得以預定的照明角度入射到所述補償?shù)?24)的區(qū)域的光 (SO)以使得第N衍射級的光束(Si)相對于被照明區(qū)域的所述補償?shù)狼邢虻仄D(zhuǎn)的方式被分成衍射級，其中N是整數(shù)，所述光(SO)優(yōu)選地為相干光。
6.根據(jù)權(quán)利要求3至5中的任一項所述的編碼盤(20)，其特征在于，所述補償?shù)?24) 被設計為使得照明角度為大致90°和/或N等于1。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的編碼盤(20)，其特征在于，所述測量道(22)是衍射的測量道(22)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的編碼盤(20)，其特征在于，所述補償?shù)?24)的半徑小于、大于或等于所述測量道(22)的半徑。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的編碼盤(20)，其特征在于，所述編碼盤(20)為反射型編碼盤或透射型編碼盤。
10.一種光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項所述的編碼盤(20)；光學掃描裝置或光電掃描裝置，所述掃描裝置被設計為照明所述編碼盤(20)的測量道(22)的掃描區(qū)域，所述掃描裝置包括照明裝置(50)，其被設計為使得所述編碼盤(20)的補償?shù)?24)的區(qū)域能夠由光(SO) 照明，其中所述測量道(22)的掃描區(qū)域由光束(S2)的至少一部分照明，所述光束(S2)借助于對所述補償?shù)赖恼彰鞫a(chǎn)生并可選地借助于偏轉(zhuǎn)裝置而偏轉(zhuǎn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述掃描裝置還包括偏轉(zhuǎn)裝置(30 ；32，24)，所述偏轉(zhuǎn)裝置(30 ；32, 24)被設計和布置為使得由對所述補償?shù)赖恼彰鞫a(chǎn)生的至少一個光束(Si)能夠被偏轉(zhuǎn)到所述測量道(22)的掃描區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述照明裝置包括至少一個光源(50)，并且所述偏轉(zhuǎn)裝置(30 ；32，24)相對于所述光源(50)靜止。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述掃描裝置被設計為使得只要所述編碼盤(24)的旋轉(zhuǎn)角度恒定，則不管所述旋轉(zhuǎn)編碼器 (100)的軸心線與所述補償?shù)?24)和所述測量道(22)的共同中心之間的偏移，所述測量道 (22)總是在大致相同的切向位置被照明。
14.根據(jù)權(quán)利要求10至13中的任一項所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述掃描裝置被設計為使得，借助于對所述補償?shù)?24)的照明而產(chǎn)生的至少一個光束(Si)的方向與通過所述補償?shù)?24)和所述測量道(22)的共同中心的軸線具有交點；以及所述補償?shù)?24)和該交點之間的距離與所述補償?shù)?24)和所述測量道(22)之間的光路長度對應。
15.根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述補償?shù)谰哂醒苌浣Y(jié)構(gòu)，并且由對所述補償?shù)?24)的照明而產(chǎn)生的至少一個光束由第N衍射級的光束(Si)的至少一部分形成，所述第N衍射級由所述補償?shù)?24)上的衍射分出，其中N是整數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10至15中的任一項所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述掃描裝置被設計為使得從所述補償?shù)?24)到所述測量道(22)的光路長度與從所述補償?shù)?24)到所述補償?shù)?24)的旋轉(zhuǎn)軸線的光路長度對應。
17.根據(jù)權(quán)利要求10至16中的任一項所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)還包括檢測裝置(60)，所述檢測裝置(60)被設計為使得由對所述測量道(22)的照明而產(chǎn)生的至少一個光學測量光束(S3)的至少一部分能夠被檢測到。
18.根據(jù)權(quán)利要求10至17中的任一項所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述光學旋轉(zhuǎn)編碼器是入射光編碼器或透射光編碼器。
19.根據(jù)權(quán)利要求10至18中的任一項所述的光學旋轉(zhuǎn)編碼器(100)，其特征在于，所述光學旋轉(zhuǎn)編碼器是增量式旋轉(zhuǎn)編碼器或絕對式旋轉(zhuǎn)編碼器。
20.一種光學旋轉(zhuǎn)編碼器中的角度測量誤差的補償方法，其包括如下步驟-設置根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項所述的編碼盤(20)；-通過以預定的照明角度入射到所述補償?shù)?24)的光(SO)對所述補償?shù)?24)的區(qū)域照明，由此產(chǎn)生至少一個光束(Si)；_偏轉(zhuǎn)由對所述補償?shù)?24)的照明而產(chǎn)生的光束(Si)的至少一部分，使得所述測量道 (22)的掃描區(qū)域由偏轉(zhuǎn)的光束(S2)的至少一部分照明。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，所述方法還包括檢測由對所述測量道(22)的掃描區(qū)域照明而產(chǎn)生的至少一個測量光束(S3)的至少一部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器的改進的編碼盤、包括改進的編碼盤的光學旋轉(zhuǎn)角度傳感器或旋轉(zhuǎn)編碼器、和對旋轉(zhuǎn)編碼器中角度測量誤差特別是由于編碼盤的位移或偏心可能發(fā)生的角度測量誤差的通過光學手段校正或補償?shù)姆椒?。編碼盤(20)包括至少一個測量道(22)和至少一個補償?shù)?24)，其中測量道(22)在編碼盤(20)的第一半徑區(qū)域內(nèi)；補償?shù)?24)相對于測量道(22)居中于編碼盤(20)的第二半徑區(qū)域，使得測量道(22)的中心與補償?shù)?24)的中心重合。優(yōu)選地，補償?shù)?24)被設計成入射到補償?shù)赖膮^(qū)域上的至少一部分光由補償?shù)?24)徑向地朝向通過補償?shù)?24)和測量道(22)共同的中心的軸線的方向偏轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，由補償?shù)榔D(zhuǎn)的讀取光的方向與通過補償?shù)篮蜏y量道共同的中心的軸線相交，其中補償?shù)篮退鼋稽c之間的距離與補償?shù)篮蜏y量道之間的光路長度對應。讀取光可以是相干的或不相干的。補償?shù)赖陌霃娇梢孕∮?、大于或等于測量道的半徑。優(yōu)選地，補償?shù)?24)具有衍射結(jié)構(gòu)。
文檔編號G01D5/347GK102483336SQ201080040318
公開日2012年5月30日 申請日期2010年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月9日
發(fā)明者C·普魯斯, D·霍普, W·奧斯登 申請人:斯圖加特大學